近20年寶雞市植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力分析

秦超+李君軼+陳宏飛

摘要：植被覆蓋度是反映地區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)，本文利用1988、2000、2007年三期TM遙感數(shù)據(jù)，計(jì)算出寶雞市的歸一化植被指數(shù)（NDVI），并通過像元二分模型計(jì)算出不同時(shí)段的植被覆蓋度，最后將歸一化植被指數(shù)的差值進(jìn)行分級(jí)，以此來分析寶雞市1988～2007近20年的植被覆蓋變化動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明：1988～2000年間，極低覆蓋度、高覆蓋度、極高覆蓋度比例都呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，減少比例分別為寶雞市土地面積的0.02%、1.66%和1.98%，其他各級(jí)別植被覆蓋度也都有不同程度下降；2000～2007年間，極高植被覆蓋度增大的比例達(dá)到8.04%。NDVI差值指數(shù)分級(jí)結(jié)果顯示，1988～2000年植被退化明顯，2000～2007年有大幅度改善；從長(zhǎng)時(shí)間序列看，生態(tài)退化比較明顯的區(qū)域是金臺(tái)區(qū)、扶風(fēng)縣、岐山縣、鳳翔縣。人為因素是影響植被覆蓋變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，主要包括山區(qū)或平原區(qū)的生態(tài)綠化工程、城市景觀綠化工程、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、畜牧業(yè)發(fā)展、人口因素等。

關(guān)鍵詞：歸一化植被指數(shù)（NDVI）；植被覆蓋度； NDVI差值指數(shù)；動(dòng)態(tài)變化；寶雞市

中圖分類號(hào)：S181.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）09-0098-08

植被是覆蓋地表的森林、灌叢、草地與農(nóng)作物等群落的總稱，具有截流降雨、減緩徑流、防沙治沙、保水固土等功能[1]。同時(shí)，植被影響地氣系統(tǒng)的能量平衡， 在氣候、水文和生化循環(huán)中起著重要作用， 是氣候和人文因素對(duì)環(huán)境影響的敏感指標(biāo)[2]。植被覆蓋度是全球、區(qū)域變化眾多監(jiān)測(cè)模型中所需的重要參數(shù)，是描述生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用[3，4]；較大尺度的植被覆蓋變化體現(xiàn)了自然和人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的作用。因此，獲取地表植被覆蓋及其變化信息對(duì)揭示地表空間變化規(guī)律、探討變化的驅(qū)動(dòng)因子和驅(qū)動(dòng)力、分析評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

植被覆蓋度是刻畫陸地表面植被數(shù)量的一個(gè)重要參數(shù)，也是指示生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標(biāo)。目前，遙感技術(shù)已成為監(jiān)測(cè)區(qū)域地表植被覆蓋變化的主要手段，因此不依賴于植被覆蓋率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)而直接由植被指數(shù)向植被覆蓋率轉(zhuǎn)換的方法就成為該領(lǐng)域研究發(fā)展的一種趨勢(shì)[6]。歸一化植被指數(shù)（NDVI）被定義為近紅外波段（NIR）與可見光紅波段（R）數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值，即NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），它特別適用于全球或各大陸等大尺度的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在植被遙感中的應(yīng)用最為廣泛，也是監(jiān)測(cè)地區(qū)或全球植被和生態(tài)變化的有效指標(biāo)，更是植物生長(zhǎng)狀態(tài)及空間分布密度的最佳指示因子[7]。

本研究主要利用1988、2000年以及2007年寶雞市Landsat-5衛(wèi)星TM影像數(shù)據(jù)進(jìn)行NDVI的提取，并通過植被覆蓋度估算模型（像元二分模型）分別得出三個(gè)時(shí)相的植被覆蓋分布情況，進(jìn)而分析寶雞市1988～2007近20年間的植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化與研究區(qū)域的地理位置、氣候、水文、土地利用、人口分布及增長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)布局、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、畜牧業(yè)發(fā)展、城市規(guī)劃等方面的關(guān)系，這對(duì)該區(qū)域景觀綠化和生態(tài)植被的恢復(fù)與重建具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并可為寶雞市的生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)的決策支持。

1研究區(qū)域概況

寶雞地處東經(jīng)106°18′～108°03′，北緯33°35′～35°06′，轄3區(qū)9縣，總面積1.82萬(wàn)平方千米，常住人口372.7萬(wàn)人。具有南、西、北三面環(huán)山，以渭河為中軸向東拓展，呈尖角開口槽形的特點(diǎn)；山、川、塬兼?zhèn)?，以山地、丘陵為主。屬暖溫帶半濕?rùn)氣候，冬季天氣寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤旰脱谉岣稍锾鞖饨惶娉霈F(xiàn)；春、秋二季升溫迅速且多變少雨，秋季降溫迅速又多陰雨連綿，為關(guān)中秋季連陰雨最多的地區(qū)；年平均降水量在590～900 mm之間，是關(guān)中降水量最多的地區(qū)。寶雞地區(qū)生境條件多樣，植物種類豐富，區(qū)系成分復(fù)雜，植被類型多樣，主要包括落葉闊葉林、針葉林、灌叢、草原、蕈甸、水生和沼生植被、栽培植被等。森林覆被率達(dá)36%～42%，但分布不均，主要集中在秦嶺和關(guān)山，其它地方很少，關(guān)中盆地和臺(tái)塬地區(qū)以栽培植被為主。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究采用30 m分辨率的Landsat-5衛(wèi)星TM影像數(shù)據(jù)，成像時(shí)間分別為1988、2000、2007年，來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云中心。經(jīng)查詢，這三期影像成像時(shí)間均在植被生長(zhǎng)茂盛季節(jié)，尤其適合植被指數(shù)的研究，且影像云量較少，質(zhì)量較好，完全能滿足研究需求。經(jīng)ERDAS 2011、ENVI4.8等軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正、輻射校正、大氣校正、直方圖匹配后，再分別利用影像的第3和第4波段開展相關(guān)的研究工作。

本研究利用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《寶雞年鑒》、《陜西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、《寶雞市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、《寶雞市林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《寶雞市地理志》等相關(guān)書籍，氣象資料主要來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

2.2研究方法

2.2.1植被覆蓋度的計(jì)算與分級(jí)植被覆蓋度的遙感估算模型有很多[8～10]，其中應(yīng)用較廣的是像元分解模型法，也稱亞像元分解法，即在一定假設(shè)條件下分解多個(gè)組分構(gòu)成的像元中的遙感信息（光譜波段或植被指數(shù)），建立像元分解模型，從而獲得植被覆蓋度。像元分解模型法中最常用的是像元二分模型，即：

所覆蓋的像元或純植被像元的NDVI值。有關(guān)該模型：①NDVIsoil對(duì)于大多數(shù)類型的裸地表面，理論上應(yīng)該接近零，但由于受眾多因素影響，NDVIsoil其變化范圍一般為-0.1～0.2[11，12]；②NDVIveg代表全植被覆蓋像元的最大值，由于植被類型的影響，NDVIveg值也會(huì)隨著時(shí)間和空間的變化而改變，因此，計(jì)算植被覆蓋度時(shí)，即使同一景影像，對(duì)于NDVIsoil和NDVIveg值也不能取固定值[13]；③實(shí)際應(yīng)用中，土地利用圖和土壤圖應(yīng)作為計(jì)算NDVIveg和NDVIsoil值的基礎(chǔ)，在沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，就只能取NDVImax與NDVImin為圖像中給定置信度的置信區(qū)間內(nèi)的最大值與最小值[14]。像元二分模型被廣泛應(yīng)用于植被覆蓋度研究中[15，16]。endprint

本研究根據(jù)水利部1996年頒布的土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（SL190-96），將不同的水土流失等級(jí)對(duì)應(yīng)于不同等級(jí)的植被覆蓋度，同時(shí)結(jié)合寶雞市具體情況，將植被覆蓋度分為五級(jí)：極低植被覆蓋（0

2.2.2 NDVI差值指數(shù)該指數(shù)是利用1988、2000、2007年寶雞市三期NDVI的GIS圖件，通過差值計(jì)算得到，即：

體情況，將NDVI差值指數(shù)分級(jí)結(jié)果記為：1為嚴(yán)重退化（-2≤ΔNDVI≤-0.15），2為中度退化（-0.15<ΔNDVI≤-0.05），3為輕微退化（-0.05<ΔNDVI≤0），4為輕微改善（0<ΔNDVI≤0.05），5為中度改善（0.05

3結(jié)果與分析

3.1寶雞市植被覆蓋度的整體變化

1988～2000年間，低、中覆蓋度面積分別增加了32 795.82、43 973.82 hm2，分別占寶雞市土地面積的1.80%和2.42%，增加明顯；極低覆蓋度、高覆蓋度、極高覆蓋度比例均呈減少趨勢(shì)，減少面積分別為寶雞市土地面積的0.02%、1.66%和1.98%，其中，高植被覆蓋度、極高植被覆蓋度減少程度較大（表1）。

2000～2007年，極低覆蓋度、低覆蓋度、極高覆蓋度面積均增大，其中極高植被覆蓋度增加比例達(dá)8.04%；而中覆蓋度、高覆蓋度面積分別減少了48 948.03 hm2和116 850.33 hm2。總體而言，寶雞市2000～2007年的植被覆蓋度明顯優(yōu)于1988～2000年（表1）。

3.2基于NDVI差值結(jié)果的植被覆蓋空間變化分析

3.2.1全市域NDVI差值變化寶雞市NDVI差值指數(shù)分布及統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1、圖2。從行政區(qū)劃上來看，1988～2000年間，植被退化與改善區(qū)域比較分散，植被覆蓋退化相對(duì)明顯，其中嚴(yán)重退化、中度退化、輕微退化面積分別為148 284.81、321 220.35、412 162.92 hm2，占全市土地面積的49.7%；植被改善的面積與退化面積相當(dāng)，輕微改善、重度改善、極度改善的比例分別占寶雞市土地面積的22.78%、18.58%、8.95%，改善面積達(dá)到892 313.1 hm2。2000～2007年間，植被覆蓋情況以改善為主，其中輕微改善、重度改善、極度改善的面積分別達(dá)到391 918.32、467 821.44、244 495.08 hm2，分別占寶雞市土地面積的21.84%、26.07%、13.63%；而嚴(yán)重退化、中度退化、輕微退化面積分別占9.24%、13.00%、16.21%，改善面積為退化面積的1.6倍之多。需要說明的是，兩個(gè)時(shí)間段植被退化面積均表現(xiàn)為嚴(yán)重退化面積<中度退化面積<輕微退化面積。

整體而言，寶雞市植被覆蓋變化是朝著向環(huán)境有利的積極方向演化，這是寶雞市植被發(fā)展情況的主流趨勢(shì)，也說明近20年間寶雞市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和生態(tài)恢復(fù)重建工作效果明顯，但仍要對(duì)植被生態(tài)建設(shè)保持清醒的認(rèn)識(shí)，因?yàn)榧词挂恍〔糠种脖煌嘶部赡軙?huì)帶來嚴(yán)重的生態(tài)后果。

3.2.2寶雞市域內(nèi)不同行政區(qū)劃單元的NDVI差值指數(shù)變化1988～2000年各行政區(qū)劃單元的植被覆蓋變化情況見表2。就植被退化而言，麟游縣、金臺(tái)區(qū)、千陽(yáng)縣、鳳縣、陳倉(cāng)區(qū)、岐山縣、隴縣退化面積較大，分別占各自行政區(qū)面積的58.69%、57.15%、56.42%、54.64%、54.33%、54.06%、52.81%，占全市植被退化總面積的11.4%、2.02%、6.04%、19.06%、14.93%、5.24%、13.75%。鳳縣地處秦嶺山區(qū)，天然植被覆蓋率較高，卻出現(xiàn)植被退化現(xiàn)象，說明在此期間植被遭到一定程度的破壞；隴縣擁有大面積的天然草場(chǎng)，植被退化也較明顯，可能原因是過度放牧同時(shí)又不注重生態(tài)恢復(fù)重建，使天然草場(chǎng)的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，短期內(nèi)不能恢復(fù)到原有的植被覆蓋水平。就植被改善而言，1988～2000年間，眉縣、太白縣植被改善面積較大，分別占各自縣域面積的67.43%、63.21%，其次是鳳翔縣、扶風(fēng)縣、渭濱區(qū)等，說明寶雞市在建城區(qū)在植被綠化方面加大了力度?？傮w而言，1988～2000年寶雞市植被覆蓋度以改善為主。

2000～2007年植被覆蓋變化情況見表3。陳倉(cāng)區(qū)、隴縣、千陽(yáng)縣、麟游縣、鳳縣的植被改善面積較大，分別占各自行政區(qū)劃面積的72.36%、73.48%、83.31%、75.92%、68.86%。退化面積比較大的是眉縣和扶風(fēng)縣，分別占其行政區(qū)劃面積的72.45%和69.61%；其次依次為太白縣、岐山縣、鳳翔縣等區(qū)域。太白縣植被覆蓋退化的原因可能是近幾年旅游業(yè)發(fā)展迅速，人為因素對(duì)植被覆蓋產(chǎn)生了影響。

mm之間，雖有一定波動(dòng)，但整體呈遞減趨勢(shì)；最低、最高降水量分別出現(xiàn)在1995和1981年。年平均氣溫維持在12.5～14.7℃之間，呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢(shì)。

1980～2010年降水量和氣溫的季節(jié)變化結(jié)果（圖4）顯示，降水量和平均氣溫季節(jié)變化明顯。降水主要集中在夏季和秋季（分別占年降水量的48.67%、28.67%），春季和冬季降水則相對(duì)較少。平均氣溫的年際間變化，四季均呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢(shì)；最高氣溫集中在夏季，冬季氣溫相對(duì)較低，這主要是因?yàn)閷氹u市的特殊地形決定了其兼顧大陸性與季風(fēng)氣候的特點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，夏季降水量充沛，且氣溫適宜，能夠滿足植被生長(zhǎng)發(fā)育需求，是一年中植被快速生長(zhǎng)的季節(jié)，可以考慮進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)重建工作。

4.2人為因素

4.2.1人口數(shù)量對(duì)植被覆蓋變化的影響1988～2007年間，寶雞人口數(shù)量持續(xù)增加，2007年的人口數(shù)量為1988年的1.2倍左右（圖5）。人口增加必然導(dǎo)致資源需求得不到滿足，出現(xiàn)亂砍亂伐以及占用原有的植被用地、綠地和耕地的現(xiàn)象；另外，城市人口數(shù)量增長(zhǎng)也會(huì)使得基礎(chǔ)設(shè)施的投入力度加大，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致過分追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視生態(tài)環(huán)境的狀況；同時(shí)也會(huì)增加城市生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)荷，不利于生態(tài)系統(tǒng)的自然循環(huán)。

4.2.2生態(tài)工程對(duì)植被覆蓋變化的影響寶雞市山區(qū)生態(tài)工程以保護(hù)天然林木、封山育林、退耕還林、零星植樹為主，天然林保護(hù)工程圍繞太白、鳳縣、眉縣、隴縣、岐山、渭濱等縣區(qū)進(jìn)行。截至2010年，累計(jì)造林總面積達(dá)到65.64×104 hm2，是1988年的30倍有余，尤其是1997～2002年間，累積造林面積增速較快， 2002年累計(jì)造林6.32×104 hm2，達(dá)到歷史高位；寶雞市于1998年加大封山育林力度，到2010年底累計(jì)封山育林總面積達(dá)到22.74×104 hm2；零星植樹始終保持在（963.00～1773.90）×104株之間，可以看出寶雞市的生態(tài)恢復(fù)工程力度很大（表4）。

4.2.3城市園林綠化工程對(duì)植被覆蓋變化的影響為了建設(shè)生態(tài)寶雞，突出寶雞市“山、塬、水、林、城”融為一體的特色，寶雞市還特別注重城市的園林綠化工作，1989～2010年，城市園林綠地總面積逐年上升，2010年的綠化面積為1990年的6.2倍之多，尤其2001～2008年間，綠化面積增長(zhǎng)速度最快。

4.2.4平原區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)植被覆蓋變化的影響農(nóng)、果、林業(yè)的發(fā)展可以調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候，涵養(yǎng)水源，進(jìn)而改善區(qū)域植被覆蓋情況。1990～2010年，寶雞市果業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)上升勢(shì)頭，1990年僅有24.82×103 hm2， 2010年則達(dá)到58.65×103 hm2，約增長(zhǎng)了1.4倍。1990～1995年增幅最為明顯，雖1997～2002年出現(xiàn)短暫的下降趨勢(shì)，但2003年以后，果業(yè)以平均每年3.73×103 hm2的速率逐年增長(zhǎng)。

4.2.5畜牧業(yè)發(fā)展對(duì)植被覆蓋變化的影響過度放牧?xí)茐闹脖簧鷳B(tài)系統(tǒng)，影響生物多樣性及植被的自我修復(fù)功能，進(jìn)而影響植被覆蓋情況。1989～2010年，寶雞市羊只圍欄量增幅比較明顯，2004年達(dá)到80多萬(wàn)只，2004年以后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其是2004～2007年間，下降幅度較大，這對(duì)于植被的自我恢復(fù)起到了關(guān)鍵作用，緩解了土地的荒漠化和鹽漬化。

5結(jié)論與討論

（1）本研究通過遙感影像并結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)寶雞市植被覆蓋度情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明，1988～2000年，低覆蓋度、中覆蓋度面積有所增加，而極低覆蓋度、高覆蓋度、極高覆蓋度面積都減少，減少比例分別為寶雞市土地面積的0.02%、1.66%和1.98%。2000～2007年間，極低、低、極高覆蓋度面積增大，極高植被覆蓋度增大比例達(dá)到8.04%，說明寶雞市封山育林、退耕還林、植樹種草、園林綠化、發(fā)展果林業(yè)等項(xiàng)目的實(shí)施使植被覆蓋得到明顯改善，植被覆蓋情況朝良好方向發(fā)展。

（2）從行政區(qū)域來看，2000～2007年整個(gè)研究區(qū)的植被改善情況明顯。1988～2000年間，麟游縣、金臺(tái)縣、千陽(yáng)縣、鳳縣、陳倉(cāng)區(qū)、岐山縣、隴縣退化面積較大；但2000～2007年間，陳倉(cāng)區(qū)、隴縣、千陽(yáng)縣、麟游縣、鳳縣的植被覆蓋情況得到很大改觀，各行政區(qū)改善面積占其土地面積的比例達(dá)68.86%～83.31%；眉縣、扶風(fēng)縣退化比較嚴(yán)重。從長(zhǎng)時(shí)間序列來看，寶雞中部的金臺(tái)區(qū)、扶風(fēng)縣、岐山縣、鳳翔縣將是生態(tài)植被建設(shè)的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

（3）降水量和氣溫是影響植物生長(zhǎng)的主要?dú)庀笠蛩?，?duì)寶雞市1980～2010年的年降水量和年均氣溫分析的結(jié)果顯示，年降水量總體呈遞減趨勢(shì)，而年均氣溫呈緩慢上升的趨勢(shì)；具有典型的大陸性季風(fēng)氣候特征，降水集中在夏、秋兩季，夏季氣溫較高，有利于植被的發(fā)育。但兩者對(duì)植被覆蓋變化的具體影響還有待進(jìn)一步研究。

（4）從影響植被覆蓋的人為因素來看，天然林木的保護(hù)工程、退耕還林工程、山區(qū)的封山育林工程對(duì)植被覆蓋情況影響較大，平原區(qū)果林業(yè)發(fā)展、新農(nóng)村綠化、城市市區(qū)的園林綠化工程以及人口因素對(duì)相應(yīng)的小區(qū)域也產(chǎn)生重要影響；牛羊放牧因素一定程度上也會(huì)制約草場(chǎng)植被生長(zhǎng)發(fā)育，降低植被覆蓋度。

為了建設(shè)“綠色寶雞”、“生態(tài)寶雞”，要繼續(xù)實(shí)行天然林木保護(hù)工程以及封山育林工程，繼續(xù)加大園林綠化投資力度，對(duì)各類建筑進(jìn)行合理布局，提高城市綠化率；還要重點(diǎn)整治污染物排放量較大的工廠（如電廠、造紙廠、化肥廠等），減少工業(yè)廢水的排放，持久地、循序漸進(jìn)地提高植被覆蓋度。

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